RU204657U1

RU204657U1 - LENS

Info

Publication number: RU204657U1
Application number: RU2020141881U
Authority: RU
Inventors: Наталия Ефимовна Кунделева; Татьяна Евгеньевна Емельянова; Виктор Павлович Кологривов; Ольга Романовна Горбачевская
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2021-06-03

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.Объектив содержит установленные по ходу луча два компонента и расположенный между ними спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения в спектральном диапазоне излучения длиной волны (1030±40) нм или (1540±30) нм. Технический результат заключается в том, что объектив обеспечивает увеличение относительного отверстия, увеличение поля зрения, повышение качества изображений для пространственных частот не менее 90 мм-1для всего поля зрения в спектральном диапазоне (600…900) нм. Результат достигается тем, что первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и первой отрицательной линзы, выполненной двояковогнутой, двояковыпуклую линзу, вторую отрицательную линзу, выполненную двояковогнутой, и положительный мениск. Второй компонент установлен с возможностью перемещений вдоль оптической оси и выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеен из отрицательного и положительного менисков. Оптическая сила одиночной двояковыпуклой линзы первого компонента и оптическая сила его положительного мениска отличается на величину не более 0,002, сумма оптических сил первого и второго компонентов не превышает 0,0016 по абсолютной величине. 3 ил.The utility model relates to optical instrumentation, namely to lenses and can be used as a lens with image formation on a CCD matrix and a photodetector. The lens contains two components installed along the beam path and a spectral splitting unit located between them, made with the possibility of transmitting radiation in the spectral range of lengths waves from 500 nm to 900 nm and reflection of radiation in the spectral range of radiation with a wavelength of (1030 ± 40) nm or (1540 ± 30) nm. The technical result consists in the fact that the lens provides an increase in the relative aperture, an increase in the field of view, an increase in the quality of images for spatial frequencies of at least 90 mm-1 for the entire field of view in the spectral range (600 ... 900) nm. The result is achieved in that the first component contains a positive biconvex lens, consisting of a biconvex lens and a first negative lens made biconcave, a biconvex lens, a second negative lens made biconcave, and a positive meniscus. The second component is installed with the ability to move along the optical axis and is made in the form of a negative meniscus facing the space of objects with a concave surface and glued from the negative and positive menisci. The optical power of a single biconvex lens of the first component and the optical power of its positive meniscus differ by no more than 0.002, the sum of the optical powers of the first and second components does not exceed 0.0016 in absolute value. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.The utility model relates to optical instrumentation, namely to lenses and can be used as a lens with image formation on a CCD matrix and a photodetector.

Известен объектив [1], содержащий два компонента и спектроделительный блок, выполненный с возможностью отражения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и пропускания излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, и установленный между компонентами. Первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, одиночную двояковыпуклую линзу и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска. Второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, причем расстояние между компонентами составляет не менее 0,5 фокусного расстояния объектива. Объектив имеет хорошее качество изображений по всему полю зрения до 2W=2°24' при относительном отверстии 1:3,36 и использовании матрицы с размером пиксела до 8,3 мкм.Known lens [1], containing two components and a spectral dividing unit, configured to reflect radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and transmit radiation at a wavelength of 1064 nm or 1570 nm, and installed between the components. The first component contains a positive biconvex lens, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, a single biconvex lens, and a negative double-glue lens, consisting of a biconcave lens and a positive meniscus. The second component is made in the form of a negative meniscus facing the space of objects with a concave surface and glued from a biconcave and biconvex lenses, the distance between the components being at least 0.5 of the lens focal length. The lens has good image quality over the entire field of view up to 2W = 2 ° 24 'with a relative aperture of 1: 3.36 and using a matrix with a pixel size of up to 8.3 µm.

Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], содержащий силовой и коррекционный компоненты и спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны (1030±30) нм или (1540±30) нм, и установленный между силовым и коррекционным компонентами. Силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, одиночную двояковыпуклую линзу и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска. Коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Коррекционный компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Расстояние между силовым и коррекционным компонентами составляет не менее 0,4 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил силового и коррекционного компонентов не превышает 0,002 по абсолютной величине. Прототип имеет хорошее качество изображений по всему полю зрения до угла поля зрения 2W=4° при относительном отверстии 1:3,5 для пространственной частоты Ν=90 мм^-1, что позволяет использовать матрицы с размером пиксела до 5,5 мкм. Однако, при увеличении относительного отверстия и угла поля зрения данная конструкция не обеспечивает высокого качества изображения для пространственных частот не менее 90 мм^-1.The closest to the proposed lens is the lens [2], which contains power and correction components and a spectral dividing unit, made with the possibility of transmitting radiation in the spectral wavelength range from 500 nm to 900 nm and reflecting radiation at a wavelength of (1030 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm, and installed between the power and correction components. The power component contains a positive biconvex lens, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, a single biconvex lens, and a negative double-glue lens, consisting of a biconcave lens and a positive meniscus. The correction component is made in the form of a negative meniscus facing the space of objects with a concave surface and glued from a biconcave and biconvex lenses. The correction component is installed with the ability to move along the optical axis. The distance between the power and correction components is not less than 0.4 of the focal length of the lens, the sum of the optical powers of the power and correction components does not exceed 0.002 in absolute value. The prototype has good image quality over the entire field of view up to a field of view angle of 2W = 4 ° with a relative aperture of 1: 3.5 for a spatial frequency Ν = 90 mm ^-1 , which allows the use of matrices with a pixel size of up to 5.5 µm. However, with an increase in the relative aperture and the angle of the field of view, this design does not provide high image quality for spatial frequencies of at least 90 mm ^-1 .

Задачей полезной модели является увеличение относительного отверстия, увеличение поля зрения, повышение качества изображений для пространственных частот не менее 90 мм^-1 для всего поля зрения в спектральном диапазоне (600…900) нм.The task of the utility model is to increase the relative aperture, increase the field of view, improve the quality of images for spatial frequencies of at least 90 mm ^-1 for the entire field of view in the spectral range (600 ... 900) nm.

Объектив содержит установленные по ходу луча два компонента и расположенный между ними спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения в спектральном диапазоне излучения длиной волны (1030±40) нм или (1540±30) нм, при этом первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и первой отрицательной линзы, двояковыпуклую линзу, вторую отрицательную линзу, выполненную двояковогнутой, и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и установленного с возможностью перемещений вдоль оптической оси, в отличие от прототипа, первая отрицательная линза двусклеенной линзы первого компонента выполнена двояковогнутой, вторая отрицательная линза первого компонента и его положительный мениск разделены воздушным промежутком, отрицательный мениск второго компонента склеен из отрицательного и положительного менисков, при этом оптическая сила одиночной двояковыпуклой линзы первого компонента и оптическая сила его положительного мениска отличается на величину не более 0,002, сумма оптических сил первого и второго компонентов не превышает 0,0016 по абсолютной величине.The lens contains two components installed along the beam path and a spectral splitting unit located between them, made with the possibility of transmitting radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflecting radiation in the spectral range of radiation with a wavelength of (1030 ± 40) nm or (1540 ± 30) nm, while the first component contains a positive double-glued lens, consisting of a biconvex lens and a first negative lens, a biconvex lens, a second negative lens made biconcave, and a positive meniscus facing the concave surface to the image space, the second component is made in the form of a negative meniscus , facing the concave surface to the space of objects and installed with the ability to move along the optical axis, in contrast to the prototype, the first negative lens of the double-glued lens of the first component is made biconcave, the second negative lens of the first component and its positive meniscus are separated by air space, the negative meniscus of the second component is glued together from the negative and positive menisci, while the optical power of a single biconvex lens of the first component and the optical power of its positive meniscus differ by no more than 0.002, the sum of the optical powers of the first and second components does not exceed 0.0016 in absolute value value.

Конструкция первого компонента, содержащая положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, наличие воздушного промежутка между второй отрицательной линзой и положительным мениском, а также конструкция второго компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенного из отрицательного и положительного менисков, обеспечивает высокую коррекцию аберраций осевого и внеосевых пучков при увеличении относительного отверстия до 1:3,2.The design of the first component, containing a positive double-glued lens, consisting of a biconvex and biconcave lenses, the presence of an air gap between the second negative lens and a positive meniscus, as well as the design of the second component, made in the form of a negative meniscus facing the space of objects with a concave surface and glued from a negative and positive meniscus, provides a high correction of the aberrations of the axial and off-axis beams with an increase in the relative aperture up to 1: 3.2.

Выбор сумм оптических сил первого и второго компонентов не более 0,0016 по абсолютной величине позволяет исправить кривизну изображений, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков при увеличении угла поля зрения до 2W=7°.The choice of the sums of the optical powers of the first and second components of no more than 0.0016 in absolute value makes it possible to correct the curvature of images, astigmatism and aberrations of wide oblique beams with an increase in the angle of the field of view to 2W = 7 °.

Выбор оптических сил одиночной двояковыпуклой линзы первого компонента и его положительного мениска, отличающихся на величину не более 0,002, обеспечивает получение высоких значений коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения за счет коррекции аберраций широких наклонных пучков, комы и сферической аберрации, что повышает качество изображений.The choice of the optical powers of a single biconvex lens of the first component and its positive meniscus, differing by no more than 0.002, provides high values of the modulation transfer coefficients over the entire field of view due to the correction of aberrations of wide oblique beams, coma and spherical aberration, which improves the image quality.

Предлагаемый объектив имеет:The offered lens has:

- фокусное расстояние 131,2 мм, относительное отверстие 1:3,28, угол поля зрения 2w=7°.Входной зрачок диаметром 40 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=90 мм^-1 в точке на оси составляют не менее 0,69, на краю поля зрения 2W=7° - не менее 0,5, для пространственной частоты N=145 мм^-1в точке на оси не менее 0,53, для угла поля зрения 2W=5,5° не менее 0,4, что позволяет использовать данный объектив с матрицами с размером пиксела до 3,4 мкм.- focal length 131.2 mm, relative aperture 1: 3.28, field of view 2w = 7 °. The entrance pupil 40 mm in diameter coincides with the first surface of the lens. Polychromatic modulation transfer coefficients (T) for a spatial frequency N = 90 mm ^-1 at a point on the axis are not less than 0.69, at the edge of the field of view 2W = 7 ° - not less than 0.5, for a spatial frequency N = 145 mm ^{- 1} at a point on the axis not less than 0.53, for a field of view angle of 2W = 5.5 ° not less than 0.4, which makes it possible to use this lens with matrices with a pixel size of up to 3.4 microns.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива по первому варианту.FIG. 1 shows the optical scheme of the proposed lens according to the first option.

На фиг. 2 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.FIG. 2 shows the graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the axis.

На фиг. 3 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=7°.FIG. 3 shows the graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point at the edge of the field of view 2W = 7 °.

Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча двух компонентов, спектроделительного блока, расположенного между ними, светофильтра. Первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 1 и первой отрицательной линзы 2, выполненной двояковогнутой, двояковыпуклую линзу 3, вторую отрицательную линзу 4, выполненную двояковогнутой, и положительный мениск 5.The lens (Fig. 1) consists of two components installed along the path of the beam, a spectrum-splitting unit located between them, and a light filter. The first component contains a positive biconvex lens consisting of a biconvex lens 1 and a first negative lens 2 made biconcave, biconvex lens 3, a second negative lens 4 made biconcave, and a positive meniscus 5.

Второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеен из отрицательного мениска 6 и положительного мениска 7.The second component is made in the form of a negative meniscus facing the space of objects with a concave surface and is glued from a negative meniscus 6 and a positive meniscus 7.

Второй компонент установлен с возможностью перемещений вдоль оптической оси, что позволяет производить подфокусировку при работе на ближней дистанции.The second component is installed with the ability to move along the optical axis, which allows for sub-focusing when working at close range.

Между первым и вторым компонентами расположен спектроделительный блок 8, пропускающий излучение в спектральном диапазоне λ=(500…900) ΗΜ и отражающий излучение с длиной волны λ=1540 ΗΜ. Объектив содержит светофильтр 9, выделяющий рабочий спектральный диапазон (600…900) нм.Between the first and second components there is a spectral dividing unit 8, which transmits radiation in the spectral range λ = (500 ... 900) ΗΜ and reflects radiation with a wavelength of λ = 1540 ΗΜ. The lens contains a light filter 9, which selects the working spectral range (600 ... 900) nm.

Фокусное расстояние первого компонента для λ=700 нм f'₁=102,71 мм, фокусное расстояние второго компонента для λ=700 ΗΜ f'₂ = -121,36 мм. Сумма оптических сил первого и второго компонентов равна:The focal length of the first component for λ = 700 nm is f ' ₁ = 102.71 mm, the focal length of the second component for λ = 700 ΗΜ f' ₂ = -121.36 mm. The sum of the optical powers of the first and second components is:

Разность оптических сил одиночной двояковыпуклой линзы 3 и положительного мениска 5 составляетThe difference in optical powers of a single biconvex lens 3 and a positive meniscus 5 is

Δϕ=1/f'₃ - 1/f'₅=1/74,309 - 1/83,58=0,00149Δϕ = 1 / f ' ₃ - 1 / f' ₅ = 1 / 74.309 - 1 / 83.58 = 0.00149

Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 2 и 3, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения для пространственных частот не менее N=145 мм^-1, что позволяет получить изображение объектов на ПЗС-матрице с размером пиксела до 3,4 мкм.The polychromatic frequency contrast plots for the point on the axis and for the edge of the field of view shown in FIG. 2 and 3, confirm that the lens has good image quality over the entire field of view for spatial frequencies of at least N = 145 mm ^-1 , which makes it possible to image objects on a CCD matrix with a pixel size of up to 3.4 μm.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения до 2W=7° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 40 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз 1, 2, 3, 4, 5 попадает в спектроделительный блок 8, после которого излучение с длинами волн λ=500 ΗΜ…900 нм попадает на линзы 6, 7, преломляется через их поверхности, проходит через светофильтр 9, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с длиной волны λ=1064 нм или λ=1570 нм отражается от гипотенузной грани спектроделительного блока 8 и фокусируется на площадке фотоприемника.The lens works as follows: a parallel light beam with a field of view angle of up to 2W = 7 ° passes through the entrance pupil of the objective, with a diameter of 40 mm, coinciding with the first surface, and, being refracted through the surfaces of lenses 1, 2, 3, 4, 5, enters the spectral splitting block 8, after which radiation with wavelengths λ = 500 ΗΜ ... 900 nm hits the lenses 6, 7, refracts through their surfaces, passes through the filter 9, and is focused in the image plane where the CCD matrix is located. A beam of rays with a wavelength λ = 1064 nm or λ = 1570 nm is reflected from the hypotenuse face of the spectral splitting unit 8 and is focused on the area of the photodetector.

Источники информацииInformation sources

1. BY №10332 U (Открытое акционерное общество «Пеленг»), 30.10. 2014, весь документ.1. BY No. 10332 U (Open Joint Stock Company "Peleng"), 30.10. 2014, entire document.

2. BY №11037 U (Открытое акционерное общество «Пеленг»), 30.04. 2016, весь документ, - прототип.2. BY No. 11037 U (Open Joint Stock Company "Peleng"), 30.04. 2016, entire document, prototype.

Claims

A lens containing two components installed along the path of the beam and a spectral dividing unit located between them, made with the possibility of transmitting radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflecting radiation in the spectral range of radiation with a wavelength of (1030 ± 40) nm or (1540 ± 30) nm, while the first component contains a positive double-glued lens, consisting of a biconvex lens and a first negative lens, a biconvex lens, a second negative lens made biconcave, and a positive meniscus facing the concave surface to the image space, the second component is made in the form of a negative a meniscus facing the space of objects with a concave surface and mounted with the possibility of movement along the optical axis, characterized in that the first negative lens of the double-glued lens of the first component is made biconcave, the second negative lens of the first component and its positive meniscus are separated by air space, the negative meniscus of the second component is glued from the negative and positive menisci, while the optical power of a single biconvex lens of the first component and the optical power of its positive meniscus differ by no more than 0.002, the sum of the optical powers of the first and second components does not exceed 0.0016 in absolute value value.